Messung und Modellierung der spektralen Sonnenstrahlung Schlussbericht

Small band measurements of spectral solar radiation by means of commercially available spectral radiometers - which are generally designed for laboratory work - require thorough aptitude tests and mostly special fitting measures. For the already available DM 150, first of all an entrance optics to correct cosine errors, a thermostatted weathercasing, as well as a special control lamp device for field use were developped. An international IEA-field intercomparison of 12 spectral radiometers in the Oberpfaffenhofen area of DLR showed deviations between the global radiation spectra of #+-#15% and #+-#40% for the best and the worst case, resp. The latter was caused by the operational requirements in the field and the mechanical instabilities of some radiometers (including the DM 150). Generally a remarkable portion of the deviations belongs to calibration uncertainties and imperfect cosine corrections. With regard to the summarized experience only principal recommendations on the use of spectral radiometers are given. Measured data of atmospheric heat radiation A and other meteorological data of 16 IEA stations were compiled in a data base at MOH to facilitate the fast uniform validation of 30 formulae for parametrization of A. For the case of sky clouded in 3 layers a parametrization formula was improved and successfully validated. A special reliable A-formula could be developped from the sufficiently high number of data of station Schleswig for the case of low cloudiness only. (orig.)Available from TIB Hannover: F96B618+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Climatology of total ozone measurements 1964 - 1997 at Potsdam, based on re-evaluated Dobson series

The paper documents in detail the homogenization and re-evaluation procedures applied to the Total Column Ozone (TCO) derived from Dobson spectrophotometer measurements at Potsdam (52.36 N, 13.08 E) for the period 1964 to 1997 and compares the revised series with the original one available at the World Ozone Data Center in Toronto, Canada. In the re-evaluation procedure, use was made not only of internal checks but of independent external checks, too. Of particular value was the application of the linear multiple regression approach developed originally for short-term TCO forecasting. Comparing the measured series with the statistical estimate reveals much less TCO than expected after the volcanic eruptions of El Chichon (1982) and Pinatubo (1991) in contrast to the atmospheric reaction after the preceding volcanic eruptions of Mt. Agung (1963) and Fuego (1974) when obviously the atmopsheric chlorine loading had not reached the critical level to be of significant impact on TCO. The discrepancy between estimate and measurement was about -14 DU after the El Chichon eruption and -19 DU after the Mt. Pinatubo eruption equivalent to an ozone sink of 3.8*10"1"7 and 5.1*10"1"7 ozone molecules per cm"2, respectively that is in rather good agreement with the estimate of WEGE and CLAUDE (1997). The statistical estimate allowed furtheron the extrapolation of the Potsdam series back till 1958 with good correspondence, on the yearly average, to the well-evaluated series of Arosa. The climatology of TCO at Potsdam is discussed by means of numerous Figures and Tables including the daily means given in the Appendix. The trend estimates fit the amounts given by previous investigations. For the whole period from 1965 to 1997 the yearly linear trend is -0.82#+-#0.50 DU/yr with 95% confidence equivalent to a decrease of -2.45#+-#1.4% per decade. The acceleration of the TCO downward trend is about - 1.5% per decade in agreement with previous investigations. The comparison with other Central European stations revealed the decline of TCO during spring at Arosa since the midfifties already. The TCO decline during winter started earlier at the more northern stations than at Arosa and could be traced back at Potsdam till around 1964 by means of the backward extrapolated series. In summer, the ozone depletion began at Arosa and Potsdam about 8 years earlier than at Belsk and Hradec Kralove. These regional differences in the TCO depletion are the result of the interrelationship of TCO patterns with synoptic patterns, which are described in some detail. (orig.)Die Homogenisierung und Reevaluierung der Potsdamer Gesamtozonmessungen des Zeitraumes 1964 bis 1997 wird ausfuehrlich beschrieben. Von besonderem Nutzen fuer die Reevaluierung war die Anwendung linearer multipler Regressionsbeziehungen, die urspruenglich zur Kurzfristvorhersage des Gesamtozongehaltes entwickelt worden waren. Nach den Vulkanausbruechen von El Chichon (1982) und Pinatubo (1991) wurden jedoch -14 bzw. -19 Dobsoneinheiten weniger Ozon gemessen als nach der Schaetzung zu erwarten gewesen waere. Aehnliche Werte wurden auch von WEGE und CLAUDE (1997) aus den Messungen vom Hohenpeissenberg abgeleitet. Im Gegensatz hierzu wurden nach den Eruptionen von Mt. Agung (1963) und Fuego (1974) keine derartigen Abweichungen gefunden. Dieser Befund ist in Uebereinstimmung mit theoretischen Untersuchungen von TIE und BRASSEUR (1995) und eine Folge des steigenden Gehalts an atmosphaerischen Chlorverbindungen. Die Klimatologie des Gesamtozongehaltes ueber Potsdam wird an Hand zahlreicher Abbildungen und Tabellen diskutiert. Die Tagesmittelwerte sind im Anhang zusammengestellt. Die Trendschaetzung stimmt mit denen anderer Autoren ueberein. Die Ozonabnahme betraegt fuer den Zeitraum 1965 bis 1997 fuer das Jahresmittel -0.82#+-#0.50 DU/Jahr mit 95% Signifikanz entsprechend -2.45#+-#1.4% pro Dekade. Die Verstaerkung der Abnahme betraegt etwa -1.5% pro Dekade und ist ebenfalls in Uebereinstimmung mit frueheren Untersuchungen. Ein Vergleich mit anderen europaeischen Stationen zeigt, dass die Ozonabnahme in Arosa und Potsdam bereits 8 Jahre frueher einsetzte als in Belsk und Hradec Kralove. Dagegen begann im Winter die Ozonabnahme an den noerdlichen Stationen frueher als in Arosa. Fuer Potsdam ist sie unter Zuhilfenahme rueckwaertiger Extrapolation seit 1964 nachweisbar. Fuer das Fruehjahr zeigen die Messungen von Arosa bereits seit Mitte der fuenfziger Jahre eine Tendenz zur Ozonabnahme. Die Ursache der regionalen Differenzen von Ozontrends ist die enge Kopplung von Verteilungsmustern des Gesamtozongehaltes mit der synoptischen Lage. Diese Kopplung ist, wie in der Arbeit ausgefuehrt, statistisch gesichert. (orig.)Available from TIB Hannover: ZA 368/1(206) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman

Bewertung, Korrektur und komplexe Analyse einschliesslich Trenduntersuchung der langjaehrigen Ozonmessungen im Mitteldeutschen Raum Schlussbericht

Total ozone measurements at Potsdam and ozonesonde measurements at Lindenberg are homogenized and climatologically analyzed. Additionally to common procedures applied in homogeneity studies regression equations are used with aerological temperatures as predictors. These regression equations can and were used as quality checks for Dobson measurements as well as for prognostic purposes. Pattern of total column ozone as well as longterm ozone changes are shown to be weather pattern (WP) dependent, if an objective classification scheme for WPs is applied. This scheme uses information of the surface pressure and of the 500/1000 hPa thickness fields. The relations between the objectively classified WPs and the widely used ones of Hess-Brezowsky are discussed. In general, all WPs cause ozone decreases in the geographic area studied (40 -60 N, 10 W-20 E). Hence, changes of the atmospheric circulation modify the degree of zone decrease only, but do not result in a trend reversion. (orig.)Die Dobsonmessungen der Station Potsdam und der Ozonsondenmessungen von Lindenberg werden homogenisiert und klimatologisch ausgewertet. Zur Homogenisierung der Dobsonmessungen werden dabei neben den allgemein ueblichen Verfahren Regressionsbeziehungen mit aerologischen Temperaturwerten als Prediktoren verwendet, die sowohl als Qualitaetstest fuer die Dobsonmessungen als auch als Prognosegleichungen zur Vorhersage des Gesamtozongehalts verwendet werden koennen und wurden. Es wird gezeigt, dass sowohl die Verteilungsmuster des Gesamtozongehalts als auch die der langzeitigen Ozonaenderungen wetterlagenabhaengig sind, wenn zur Wetterlagenklassifikation ein objektives Klassifikationsschema mittels Clusteranalyse auf der Basis des Bodendruckfeldes und des Hoehendruckfeldes der 500 hPa-Flaeche verwendet wird. Diskutiert werden die Beziehungen zwischen objektiv klassifizierten Wetterlagen und den weit verbreiteten Wetterlagen nach Hess-Brezowsky. Fuer alle Wetterlagen wird fuer das Untersuchungsgebiet i.a. Ozonabnahme fuer alle Jahreszeiten gefunden. Aenderungen in der atmosphaerischen Zirkulation modifizieren damit auch die Staerken der Ozonabnahme, koennen aber eine Umkehr des Trends nicht bewirken. (orig.)Available from TIB Hannover: F96B1828+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Chemische Zusammensetzung und optische Eigenschaften des Aerosols in der freien Troposphaere Abschlussbericht zum AFS-Projekt

Aerosol radiative forcing is the largest unknown in current climate models and, as a result, in predicting future climate. Accurate vertically-resolved measurements of aerosol optical properties are an important element of improved climate prediction (IPCC). The present project has contributed to this objective. Jets of directly and remotely determined radiation data have been provided suitable to cut down the uncertainty of column- or layer related optical aerosol parameters. In the present case mean values and profiles of spectral scattering - and absorption coefficients have been retrieved from ground based and airborne sky-radiance/solar irradiance measurements. Available analyses of size and chemical composition of sampled particles (adjoined projects) have been also taken into consideration. The retrieved parameters have served as an input for modelling the radiative transfer exactly for the real time of measurements. Closure procedures yielded finally realistic spectral scattering - and absorption coefficients typically for the lower troposphere in a mostly rural Central European region. (orig.)Die ungenuegende Kenntnis strahlungswirksamer, optischer Aerosolparameter ist laut IPCC die groesste Unbekannte bei der Modellierung des Klimas und seiner Veraenderung. Wissenschaft und Technik bemuehen sich in sog. Schliessungsexperimenten aus der Ueberbestimmung direkt und indirekt gemessener Aerosolparameter genaue(re) Kenntnis (Mittelwert/Variation) ueber deren Klimawirksamkeit zu erlangen. Im vorliegenden Projekt wurden aus verschiedenen passiven, spektralen Messungen von Streulicht und Transmission der Atmosphaere in verschiedenen Hoehen sowie aus der Beruecksichtigung von Partikelanalysen Dritter, Streu- und Absorptionskoeffizienten des Aerosols der gesamten Luftsaeule und in vertikaler Aufloesung abgeleitet. Strahlungstransportmodellierungen mit den gewonnenen Aerosolparametern als input engten ueber den Vergleich mit den Messungen deren Grad an Unbestimmtheit wesentlich ein und lieferten realistische Werte des Streu- und Absorptionsverhaltens (resp. Brechungsindex) des Aerosols als Voraussetzung einer gleichfalls realistischen Modellierung ihres Einflusses auf Strahlungshaushalt und Klima von urban gering belasteten mitteleuropaeischen Regionen. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B1191+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman